地球環(huán)境所在塔里木河流域到羅布泊鹽湖的河流源-匯系統(tǒng)變化方面取得進展

新疆塔里木盆地是我國最大的內(nèi)陸盆地，面積達56萬平方公里。盆地地勢西高東低，最低處位于盆地東部已經(jīng)干涸的羅布泊湖盆中。現(xiàn)有“死亡之海”之稱的羅布泊已無湖水長期存在的跡象。在地質(zhì)歷史里，塔里木盆地的主要水系塔里木河、孔雀河、車爾臣河等皆匯流羅布泊內(nèi)，帶來了豐富的物質(zhì)供應。而流域尾閭湖地球化學組成的變化依賴于流域源-匯體系的變化與調(diào)整，研究源-匯過程對于區(qū)域水文、礦產(chǎn)、生態(tài)環(huán)境演化等有著重要意義。然而，現(xiàn)在地表地球化學特征及長時間尺度塔里木盆地源-匯過程及其背后的主導機制仍不明晰。

基于此，中國科學院地球環(huán)境研究所黃土與氣候變化團隊以塔里木盆地現(xiàn)代不同季節(jié)河水及晚更新世以來羅布泊干鹽湖鉆孔沉積物為研究對象，通過現(xiàn)代流域河水總?cè)芙夤腆w（TDS）及堿度（DIC）、鉆孔沉積物總碳（TC）及無機碳（Paleo-IC）含量指標，重建了中亞干旱化背景下塔里木盆地河流源-匯體系演化及羅布泊水文供應的變化史。

圖1 塔里木盆地現(xiàn)代地表TDS分布特征

圖2 塔里木盆地現(xiàn)代地表DIC分布特征

現(xiàn)代河水數(shù)據(jù)分析表明，塔里木盆地水系徑流量分布及流域化學風化存在顯著的季節(jié)性差異：TDS值在雨季平均值較低且僅分布少數(shù)峰值，在旱季則平均值較高，流域TDS峰值增多（圖1）；DIC在雨季平均值較高，峰值集中于北部阿克蘇河及天山地區(qū)，旱季全流域高值較多，包括阿克蘇河、和田河、車爾臣河、尾閭區(qū)等（圖2）。對比發(fā)現(xiàn)，徑流量影響溶解質(zhì)蒸發(fā)-濃縮過程，調(diào)控了流域TDS分布；而碳酸鹽化學風化則在旱季受到了徑流量的限制，風化產(chǎn)物主要由盆地南部車爾臣河流域運輸至低地尾閭湖區(qū)。雨季時期，塔里木盆地北部水系的高徑流量及相對較強的化學風化則揭示了尾閭湖區(qū)“匯”的北部貢獻較高（圖3）。

圖 3塔里木河流域現(xiàn)代地表化學風化-徑流輸入特征及鉆孔沉積物長時調(diào)控因素示意圖

基于以上現(xiàn)代過程探討的風化-徑流輸入機制是否在流域地質(zhì)歷史時期也發(fā)揮著同樣的主導作用，在晚更新世24.5ka以來羅布泊沉積物物源供應穩(wěn)定的背景下，鉆孔總碳含量指標敏感響應了末次冰盛期（LGM）和全新世暖濕期等全球及區(qū)域氣候背景（圖4）。

圖4?塔里木河流域現(xiàn)代地表化學風化分布特征與鉆孔24.5ka以來沉積物指標對比

結合重建無機碳指標及區(qū)域河流地貌證據(jù)，羅布泊在“冷干”的末次冰盛期主要受流域南部河流物質(zhì)補給，在全新世暖濕期則由流域北部孔雀河等補給（圖5）。這樣的古今一致性啟示了存在長時間尺度控制因素對流域氣候-水文要素進行宏觀調(diào)控：軌道及亞軌道尺度，氣候歲差調(diào)控地球氣候的季節(jié)性變化。如全新世暖濕期增強的氣候季節(jié)性差異“放大”了沉積物中的“雨季”信號，使“瞬時沉積”能夠不斷積累并保存在地層中成為“長時沉積”（圖4）。

圖5?地質(zhì)歷史時期塔里木盆地水系變化示意圖

研究表明，現(xiàn)代過程對于古環(huán)境尤其是“源-匯”系統(tǒng)的重建具有重要意義。重建高分辨率流域源-匯變化史，為盆地成礦元素的富集、生態(tài)環(huán)境循環(huán)鹽湖碳埋藏等研究提供重要地質(zhì)證據(jù)參考。

該研究成果近期發(fā)表在國際期刊Catena上，研究工作得到深地國家科技重大專項、昆侖英才·高端創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才-領軍人才和國家自然科學基金的共同資助。

Jiaxin Luo, Maoyong He, Hong Chang, Jun Xiao, Huihui Rao. From Tarim River to Lop Nur Salt Lake: Evaluating fluvial source-to-sink system change in a context of millennial-scale climate change. Catena (2025): 109604.

https://doi.org/10.1016/j.catena.2025.109604